一种高耐磨无火花复合材料、采煤机截齿及其制备方法与流程

1.本发明涉及采煤机截齿技术领域，特别涉及一种高耐磨无火花复合材料、采煤机截齿及其制备方法。


背景技术：

2.采煤机截齿是采煤及巷道掘进机械中的易损件之一，是落煤及碎煤的主要工具，它的性能好坏直接影响采煤机械生产能力的发挥、功率的消耗、工作平稳性和其他相关零部件的使用寿命。由于直接受到煤层和岩石的磨损，采煤机截齿寿命大都较短，在生产过程中需要经常更换截齿，不仅增加了生产成本，而且影响了煤炭的正常生产。所以合理选择采煤机截齿刀体的材质和有效的热处理方式，对减少采煤机截齿刀体的磨损折断、降低采煤机截齿消耗量、提高采煤机械运转率、增加采煤生产的综合经济效益，都有积极的意义。
3.我国自引进机械化采煤设备后，国内的许多煤矿设备生产厂家开始了采煤机截齿的生产。但由于起步晚，国产采煤机截齿质量与进口采煤机截齿有很大的差距。许多煤矿为了不影响煤炭产量，仍然采用进口采煤机截齿。不仅如此，国内外还没有一种有效消除采煤时采煤机截齿摩擦产生火花的方法，对煤矿生产的安全性存在着一定的潜在威胁。
4.综上所述，如何有效消除采煤时采煤机截齿摩擦产生火花是本行业的研究课题。


技术实现要素：

5.为解决背景技术提到的采煤时采煤机截齿摩擦产生火花问题，本发明通过材料创新设计，在不降低截齿耐磨性的情况下解决采煤过程中截齿摩擦产生火花的问题。
6.具体方案为：一种高耐磨无火花复合材料，以质量百分比计，其组分包括：碳化铬10%-12%；铍1.5%-1.7%；镍0.6%-0.9%；铜cu余量。
7.在实施上述实施例时，优选地，所述碳化铬粒径4-6微米。
8.一种采煤机截齿，包括刀头和刀体；所述刀体采用上述的高耐磨无火花复合材料制成。
9.在实施上述实施例时，优选地，采煤机截齿为镐型截齿。
10.一种采煤机截齿的制备方法，包括如下步骤：步骤一、精密铸造：按配比称取铍、镍和铜原料，以及适量脱氧剂，加入熔炼炉，进行熔化，得到熔融金属液；再将碳化铬加入上述金属液中，搅拌均匀，进行浇铸；浇铸时硬质合金头作为镶嵌模块镶嵌进截齿头部，浇铸后得到采煤机截齿；步骤二、采煤机截齿经固溶处理；步骤三、采煤机截齿经时效处理。
11.在实施上述实施例时，优选地，步骤一中，熔炼炉的熔化温度为1420
±
10℃，熔化时间3小时。
12.在实施上述实施例时，优选地，步骤一中，所添加的碳化铬为球形颗粒，粒径范围
4-6微米。
13.在实施上述实施例时，优选地，步骤一中，硬质合金形状为锥状。
14.在实施上述实施例时，优选地，步骤二中，加热温度800
±
5℃,保温时间3小时，出炉空冷。
15.在实施上述实施例时，优选地，步骤三中，时效温度为300
±
10℃，保温时间2小时。
16.本发明的有益效果：采用了上述方案，高耐磨无火花截齿齿体的强度可达1100mpa，为目前截齿齿体强度的2倍；相同工况下的磨损量是当前市面所售截齿齿体磨损量的1/2；碳化铬颗粒的加入在基体内形成弥散分布的硬质颗粒，起到弥散强化和硬化作用，大大的减少了铜基体的磨粒磨损和粘着磨损，耐磨性能大大提高；另外，基体中加入的镍元素和铍元素的加入细化了复合材料的晶粒，提高了其强度。另外，碳化铬颗粒属于化合键结合陶瓷，化合键为稳定结构，核外电子跃迁非常困难，在摩擦和冲击过程中，陶瓷的硬质颗粒破碎会吸收大量能量，降低了动能转化为热能的比率，使得该材料在撞击和摩擦时温升小，降低了火花产生几率。基体铜虽然核外电子跃迁容易，但其柔韧性较好，硬度低，摩擦和冲击时易发生形变，受力面积增大，对摩擦和冲击具有缓冲作用；加上铜的导热率为377 w/m
•
k，约是钢导热系数（45 w/m
•
k）的8倍，摩擦热很容易从摩擦和冲击部位传导出去，表面温度很难达到电子跃迁条件，在摩擦磨损过程中就不易产生火花。综上所述，该复合材料不但解决了现有铜合金硬度低、耐磨损性能差等缺点，而且为采煤机截齿提供了高强度、高耐磨无火花结构材料。还有，本发明的截齿采用精密铸造成型，硬质合金块直接浇铸在齿体中，节省了传统截齿生产中钎焊硬质合金块的步骤和机加工步骤，且在使用时硬质合金块不易脱落，增加其使用可靠性。
17.与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明的采煤机截齿经标准（gb-t 13813-2001）测试和现场测试，不产生火花，使用安全。
[0018] 2、本发明的采煤机截齿齿体的强度可达1100mpa，相同工况下的磨损量仅为市面所售截齿齿体磨损量的1/2，强度和耐磨性好。
[0019]
3、本发明的采煤机截齿制备工艺简单，使用可靠。传统截齿加工工艺为预备热处理（调质）-齿体机加工（车，钻）-钎焊硬质合金-热处理（淬火加回火）-熔覆耐磨层；经本发明改进后的截齿加工工艺为精密铸造-热处理（固溶加时效）。
具体实施方式
[0020]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]
本发明提供的高耐磨无火花复合材料，以质量百分比计，其组分包括：碳化铬10%-12%；铍1.5%-1.7%；镍0.6%-0.9%；铜cu余量。
[0022]
在实施上述实施例时，优选地，所述碳化铬粒径4-6微米。
[0023]
本发明提供的一种采煤机截齿，包括刀头和刀体；所述刀体采用上述的高耐磨无火花复合材料制成。
[0024]
在实施上述实施例时，优选地，采煤机截齿为镐型截齿。
[0025]
本发明提供的一种采煤机截齿的制备方法，包括如下步骤：步骤一、精密铸造：按配比称取铍、镍和铜原料，以及适量脱氧剂，加入熔炼炉，进行熔化，得到熔融金属液；再将碳化铬加入上述金属液中，搅拌均匀，进行浇铸；浇铸时硬质合金头作为镶嵌模块镶嵌进截齿头部，浇铸后得到采煤机截齿；步骤二、采煤机截齿经固溶处理；步骤三、采煤机截齿经时效处理。
[0026]
在实施上述实施例时，优选地，步骤一中，熔炼炉的熔化温度为1420
±
10℃，熔化时间3小时。
[0027]
在实施上述实施例时，优选地，步骤一中，所添加的碳化铬为球形颗粒，粒径范围4-6微米。
[0028]
在实施上述实施例时，优选地，步骤一中，硬质合金形状为锥状。
[0029]
在实施上述实施例时，优选地，步骤二中，加热温度800
±
5℃,保温时间3小时，出炉空冷。
[0030]
在实施上述实施例时，优选地，步骤三中，时效温度为300
±
10℃，保温时间2小时。
[0031]
上述采煤机截齿的制备方法将传统截齿加工工艺，预备热处理（调质）-齿体机加工（车，钻）-钎焊硬质合金-热处理（淬火加回火）-熔覆耐磨层；改进为精密铸造-热处理（固溶加时效），工艺简单。
[0032]
根据使用场景，本发明提供下列实施例进行说明：实施例1 中瓦斯煤矿用截齿：采煤机截齿，刀体的组分为碳化铬质量分数为12%；铍质量分数为1.5%；镍质量分数为0.9%；铜cu余量；刀头采用硬质合金，刀头与刀体连接采用精密铸造成型。
[0033]
采煤机截齿的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤一、精密铸造：称取质量分数为1.5%的铍，质量分数为0.9%的镍，余量铜，适量脱氧剂，加入熔炼炉，在1420
±
10℃下进行熔化，熔化时间3小时，得到熔融金属液；称取质量分数为12%的碳化铬（球形颗粒，粒径范围4-6微米），加入上述金属液中，搅拌均匀，10分钟后进行浇铸。浇铸时硬质合金头作为镶嵌模块镶嵌进截齿头部，硬质合金形状由传统的圆柱状改进为锥形。浇铸后得到无火花截齿。步骤二、固溶处理：加热温度800
±
5℃,保温时间3小时，出炉空冷。
[0034]
步骤三、时效处理：时效温度为300
±
10℃，保温时间2小时。
[0035]
该实例实施后，可得到高耐磨、高强度无火花截齿，为中瓦斯煤矿的安全生产打下了基础。
[0036]
对刀体材料进行测试，其强度为1123mpa，耐磨损性能好（参照gb/t 12444），摩擦火花安全性试验结果无火花（参照gb/t 13813-2001）。
[0037]
实施例2 高瓦斯煤矿用截齿：采煤机截齿，刀体的组分为碳化铬质量分数为10%；铍质量分数为1.7%；镍质量分数为0.6%；铜余量；刀头采用硬质合金，刀头与刀体连接采用精密铸造成型。
[0038]
采煤机截齿制备方法，该方法包括如下步骤：步骤一、精密铸造：称取质量分数为1.7%的铍，质量分数为0.6%的镍，余量铜，适量
脱氧剂，加入熔炼炉，在1420
±
10℃下进行熔化，熔化时间3小时，得到熔融金属液；称取质量分数为10%的碳化铬（球形颗粒，粒径范围4-6微米），加入上述金属液中，搅拌均匀，10分钟后进行浇铸。浇铸时硬质合金头作为镶嵌模块镶嵌进截齿头部，硬质合金形状由传统的圆柱状改进为锥形。浇铸后得到无火花截齿。步骤二、固溶处理：加热温度800
±
5℃,保温时间3小时，出炉空冷。
[0039]
步骤三、时效处理：时效温度为300
±
10℃，保温时间2小时。
[0040]
该实例实施后，可得到高耐磨、高强度无火花截齿，为高瓦斯煤矿的安全生产打下了基础。
[0041]
对刀体材料进行测试，其强度为1109mpa，耐磨损性能好（参照gb/t 12444），摩擦火花安全性试验结果无火花（参照gb/t 13813-2001）。
[0042]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。